冲模设计(第3章)设备

第三章冲压加工设备压力机是用来对放置于模具中的材料进行压力加工的机械。冲压生产中常用的设备是机械压力机和液压压力机，其中因机械压力机的稳定和高效特点，在冲压设备中占主导地位，新型设备多是以机械压力机为基础。常用的机械压力机有曲柄压力机和摩擦压力机等。3.1曲柄压力机3.1.1曲柄压力机的基本组成1、工作机构即为曲柄连杆机构，由曲轴、连杆、滑块组成，是压力机完成工作的主要机构。冲模的上模固定在滑块上。由曲柄滑块机构将传动系统的旋转运动变为滑块的往复运动。2、传动系统包括电动机、带轮传动和齿轮传动等机构，其作用是将电动机的运动和能量按照一定要求传给工作机构。其中带轮又称飞轮，能够使压力机在整个工作周期里负荷均匀，能量得以充分利用。3、操纵系统由空气分配系统、制动器、离合器和电气控制箱等组成。压力机的工作是通过操纵机构进行控制的。4、支承部件包括床身、工作台、拉紧螺栓等部分。床身是压力机的基础，保证设备所要求的精度、强度和刚度。床身上固定有工作台，用于安装冲模的下模。5、辅助系统润滑系统、保护装置、打料装置及气垫等。6、附属装置包括过载保护、气垫、滑块平衡装置、移动工作台、快速换模和监控装置等。曲柄压力机工作原理

电机通过带轮和齿轮带动曲柄，通过由曲柄机构（曲柄连杆机构，曲柄肘杆机构）产生增力或改变形式，将旋转运动变为往复直线运动。

框架:接受施加压力垫板:固定模具滑块:被装上模具后做功。连杆:联接曲柄轴与滑块联接，传递能量。曲柄轴:将旋转的能量通过连杆转化为直线运动。导向装置:限制滑块的运动。惯性轮／离合器

通过惯性轮储存能量，通过离合器的接通或中断使滑块产生运动。3.1.2曲柄压力机的主要结构类型

曲柄压力机是冲压及锻压生产中广泛使用的一种压力加工设备。按照工艺分为：通用压力机，专用压力机。通用压力机用于多种工艺用途，如冲裁、弯曲、成形、浅拉深等。专用压力机用途较单一，如拉深压力机、板料弯折机、剪切机、挤压机等。1、按床身结构分：分为开式压力机和闭式压力机两种。

开式压力机床身前、左和右三个方向是敞开的，操作和安装模具很方便，便于自动送料。但由于床身呈C字型，刚性较差。当冲压力较大时，床身易变形，影响模具寿命，因此只适用于中、小型压力机。

闭式压力机床身两侧封闭，只能前后送料，操作不如开式的方便。机身形状对称，机床刚性较好，精度好，能承受较大的冲压力，适用于一般要求的大、中型压力机和精度要求较高的轻型压力机。2、按连杆的数目分可分为单点、双点和四点压力机。单点压力机双点压力机四点压力机３、按滑块数目分可分为单动、双动、三动压力机。４、按传动方式分可分为上传动和下传动压力机。５、按工作台结构分可分为可倾式、固定式和升降台式。3.1.3曲柄压力机工作部分的结构1、连杆滑块机构右图J23-40B压力机，连杆滑块机构由曲轴、连杆、调节螺杆、滑块组成，是压力机完成工作的主要机构。其中滑块用来安装上模。

(1)连杆的调整

开式压力机连杆由连杆体和调节螺杆组成，通过调整调节螺杆可改变连杆的长度，进而改变压力机的工作空间。J31-315压力机曲柄滑块机构结构示意图1.连杆体;2.调节螺杆;3.滑块;4.拨块;5.蜗轮;6.保护装置;7.偏心齿轮;8.心轴;9.电动机;10.蜗杆(2)连杆连接球头式连杆

连杆连接连杆连接连杆连接(3)滑块与导轨结构滑块形式特征：一个箱形结构，上部与连杆连接，下面开有“T”形槽或模柄孔，用以安装模具的上模。运动特征：滑块在曲柄连杆的驱动下，沿机身导轨上下往复运动，并直接承受上模传来的工作负荷。导轨分类：矩形导轨、V形导轨、八面平导轨等。矩形导轨特点：导向精度高但导轨间隙调整比V形导轨困难；高性能压力机均采用矩形导轨结构。V形导轨特点：导向精度较高，导轨间隙可单独调整，但调节较困难；闭式压力机常用。八面平导轨特点：导向精度高，导轨间隙可单独调整，且调节方便；高速压力机滚针+预压负载结构，消除了间隙。滑块、导轨形式工作要求滑块的导向面必须与底平面垂直。滑块的高度要足够高。滑块还应有足够的强度。导轨和滑块的导向面应保持一定的间隙，导向间隙必须可调。

导轨间隙调节结构1、滑块2,9、推拉螺钉组3,10、固定挡块4,6,7,8、固定螺钉组5、调整块11、导轨12,13、导向面镶条14、机身立柱

曲柄滑块机构的驱动形式1—支承颈;2—曲柄臂;3—曲柄颈;4—连杆;5—曲拐颈;6—心轴;7—偏心齿轮2、曲柄形式（1）（纯）曲轴驱动式组成：曲轴，连杆、滑块特点：a、可设计成较大的曲柄半径，但曲柄半径一般是固定，即行程不可调。b、曲轴在工作中既受弯矩，又受扭矩，且所受力不断变化，故对曲轴的加工要求较高。c、大型曲轴的锻造困难，故曲轴式的曲柄滑块机构在大型压力机上受到限制。JC23-63压力机的曲柄滑块机构结构图1、打料横梁2、滑块3、压塌块4、支承座5、盖板6、调节螺杆7、连杆体8、轴瓦9、曲轴10、锁紧螺钉11、锁紧块12、模具夹持块JC23-63压力机（2）偏心轴驱动式曲柄颈短而粗，支座间距小，结构紧凑，刚性好。缺点是偏心直径大，摩擦损耗多，制造困难，适用于行程小的压力机。（3）曲拐驱动式组成：曲拐轴、偏心套、调节螺杆、连杆体、滑块特点：a、通过改变偏心套在曲拐轴颈上的相对位置，改变曲柄半径的大小，从而调节行程。b、曲拐轴式曲柄滑块机构便于调节行程，结构简单，但由于曲柄旋伸，受力情况较差，主要在中、小型压力机上应用。曲拐颈在轴的一端，形成悬臂，刚性较差。适用于开式单柱压力机。用偏心套调节行程示意图O--主轴中心A--偏心轴销中心M--偏心套外圆中心JB21-100压力机的曲柄滑块机构结构图1、滑块2、调节螺杆3、连杆体4、压板5、曲拐轴6、偏心套JB21-100压力机（4）偏心齿轮驱动式组成：偏心齿轮、轴芯、连杆体、调节螺杆、滑块特点：a、偏心齿轮的偏心颈相对于芯轴有偏心距，相当于曲柄半径。b、偏心齿轮在工作时只传递扭矩，弯矩由芯轴承受，因此偏心齿轮和芯轴的受力情况比曲轴好，且芯轴刚度较大，偏心齿轮的锻造比曲轴锻造容易，故偏心齿轮驱动的方式常用于大、中型压力机。芯轴仅受弯矩，偏心齿轮受扭矩作用，负荷分配合理，加工制造也方便，但偏心轴直径大，有一定磨损功耗。（1）模柄夹持机构滑块上设置模柄夹持机构用来安装上模，通过锁紧螺钉将上模锁紧固定。3、曲柄滑块机构的附加装置（2）保险块连杆和滑块体通过保险块连接，可预防因冲压过程中意外的负荷过载而导致设备或模具的损坏。4、曲柄滑块机构的工作原理曲柄滑块机构的运动简图

压力机中曲柄滑块机构动作示意

压力机工作时，由电动机通过三角皮带驱动大皮带轮（通常兼作飞轮）﹐经过齿轮副和离合器带动曲柄滑块机构﹐使滑块和凸模直线下行。锻压工作完成后滑块迴程上行﹐离合器自动脱开﹐同时曲柄轴上的自动器接通﹐使滑块停止在上止点附近。

工作过程：图2-20曲柄滑块机构的分类及各自特点3.1.4曲柄压力机的离合器和制动器离合器——控制传动系统和工作机构的接合或脱开。当滑块需要运动时，离合器接合，飞轮通过离合器将运动传递给其后的从动部分（传动系统和工作机构），使滑块运动。当滑块需要停止在某一位置（行程上止点或行程中的任意位置）时，离合器脱开，飞轮空运转。制动器——对从动部分进行制动。由于惯性作用，离合器脱开后，与飞轮脱离联系的从动部分还会继续运动，引起滑块不能准确停止，而制动器可使滑块立即停止在所需位置上。分类：离合器——刚性离合器、摩擦离合器。制动器——圆盘式、带式。工作要求：离合器、制动器必须密切配合和协调工作，否则很容易出现故障，影响生产的正常进行。压力机的离合器和制动器不允许有同时接合的时刻存在，一般压力机在不工作时，离合器总是脱开状态，而制动器则总是处于制动状态。刚性离合器特点：刚性离合器的主动部分和从动部分接合时是刚性连接的。结构简单，容易制造。工作时有冲击，滑销、转键等接合件容易损坏，噪声较大。只能在上止点附近脱开，不能实现寸动操作及紧急停车，使用的方便性、安全性较差。

1、

转键离合器及其操纵机构结构组成（半圆形双转键离合器）：主动部分——大齿轮、中套、滑动轴承等；从动部分——曲轴、内套、外套等；接合件——转键、工作键（主键）和副键；操纵机构——关闭器等。图2-22双转键离合器1.大齿轮2、6.滑动轴承3.内套4.曲轴（右端）5.中套7.平键8.外套9.端盖10.副键11.凸块12.工作键13.润滑棉芯14.弹簧15.尾板16.关闭器17.副键柄18.拉板19.工作键柄构造关系：（1）连接关系：中套装在大齿轮内孔中部，用平键与大齿轮连接，跟随大齿轮转动；内套和外套分别用平键与曲轴连接；尾板与主键连接在一起；副键通过装在键尾的四连杆机构跟着工作键转动，但二者转向相反。双转键离合器的构造关系图1、机身立柱2、曲轴(右端)3、挡圈4、内套5、中套6、外套7、主键8、尾板9、副键（2）开槽设计：中套内孔开有四个缺月形的槽；内、外套的内孔上各加工出两个缺月形的槽；曲轴的右端加工出两个半月形的槽；内、外套内孔上的两个槽分别与曲轴右端上的两个槽组成两个圆孔，主键和副键便装在这两个圆孔中，并可在圆孔中转动。工作原理：当转键的半月形截面转入中套缺月形槽内时，则大齿轮带动曲轴一起转动，即离合器接合。当转键的半月形截面完全处于曲轴上的半月形槽内时，则中套便可与大齿轮一起自由转动，即离合器脱开。图2-24转键结构示意图双转键键柄工作关系图1、副键柄2、主键柄3、尾板离合器接合与脱开工作过程：（1）离合器接合：使关闭器转动，让开尾板，尾板连同工作键在弹簧的作用下，反时针旋转。

主键向反时针方向转过一个角度，镶入中套的槽中。与此同时，副键顺时针转动，镶入中套的另一个槽中。大齿轮带动曲轴一起转动，即离合器接合。（2）离合器脱开：将关闭器转动一角度，挡住尾板。

曲轴继续旋转，由于相对运动，转键转至分离位置。

大齿轮空转，装在曲轴另一端的制动器把曲轴制动。

图2-26电磁铁控制的操纵机构1、拉杆2.4.9、弹簧3、销子5、齿轮6、关闭器7、凸块8、打棒10、齿条11、机身12、电磁铁13、衔铁14、摆杆电磁铁控制的操纵机构结构示意图1—齿轮;2—凸块;3—打棒;4—台阶面;5—拉杆;6—电磁铁;7—衔铁;8—摆杆;9—机身;10—关闭器;11—销子;12—齿条;13、14、15—弹簧“超前”运动：

概念：在滑块的重力作用下，曲柄的旋转速度超过飞轮的转速，或滑块回程时在气垫推力作用下，曲柄转速超过飞轮转速的现象。危害：会引起工作键与中套的撞击。解决方法：副键关闭器控制过程（电磁铁式）：（1）单次行程：用销子连接拉杆与打棒。踩下踏板，电磁铁通电，衔铁上吸，拉杆向下拉打棒。齿条随拉杆向下运动，带动齿轮和关闭器转动。尾板与转键反时针转动，离合器接合，曲轴旋转，滑块向下运动。随曲轴一起旋转的凸块向右撞开打棒，齿条向上运动，经齿轮带动关闭器回到工作位置挡住尾板，离合器脱开。曲轴在制动器作用下停止转动，滑块完成一次行程。

关闭器控制过程（电磁铁式）：（2）连续行程：

用销子将拉杆直接与齿条相连，这样凸块和打棒将不起作用。踩住踏板不松开，保持电磁铁通电，滑块便可连续冲压，即实现连续行程。关闭器控制过程（电磁铁式）：（3）单次行程和连续行程的转换：

拉杆直接与齿条连接，由电器控制线路与操纵机构密切配合，只要改变转换开关的位置，即可实现单次行程和连续行程的变换。使用比较方便，但电器线路较复杂，容易产生故障。材料选用：

转键常用合金结构钢40Cr、50Cr或碳素工具钢T7、T10制造，热处理硬度为50～55HRC，在两端30～40mm长度处回火至30～35HRC。关闭器采用40Cr钢，热处理硬度为50～55HRC。中套用45钢，热处理硬度为40～45HRC。内、外套用45钢，调质处理硬度220～250HBS。2、

摩擦离合器--制动器分类：

按其工作情况——干式和湿式；按其结构——分离式和组合式；按其摩擦面的形状——圆盘式、浮动镶块式、圆锥式、鼓形式等。原理：

摩擦离合器——借助摩擦力使主动部分与从动部分接合起来；

摩擦制动器——靠摩擦传递扭矩、吸收动能；

摩擦离合器－制动器——通过适当的连锁方式（即控制接合与分离的先后次序）将二者结合在一起，并由同一操纵机构来控制压力机工作。离合器和制动器（摩擦式）特点及应用：

结构复杂，操作系统调整麻烦，外形尺寸大，制造较困难，成本高，且需要气源。

便于模具的安装调整和安装人身安全保护装置。

容易实现自动运转和远距离操作。

接合平稳，能在较高的转速下工作。

能传递大的扭矩。

在大型及高性能压力机上得到广泛应用。1）圆盘式摩擦离合器－制动器结构组成：

主动部分——飞轮、离合器保持环、离合器摩擦片；从动部分——离合器从动盘、从动轴；接合件——摩擦片；操纵机构——气缸、活塞(制动盘)及压缩空气等控制部分。

图2-28JA31-160B型压力机的圆盘式摩擦离合器-制动器1—气缸;2—活塞;3—离合器外齿圈;4—空心传动轴;5—推杆;6—从动摩擦片;7—大带轮;8—离合器内齿圈;9—主动摩擦片;10—制动弹簧;11—制动器内齿圈;12—摩擦片;13—制动器外齿圈;14—小齿轮动作过程：（1）离合器接合：

电磁空气分配阀通电开启后，压缩空气经导气旋转接头进入气缸。气缸活塞克服制动弹簧的力右移，使制动摩擦片与制动盘脱开。

气缸活塞右面的摩擦面将摩擦片压紧在离合器从动盘的摩擦面上，从动轴随着飞轮转动，离合器接合。动作过程：（2）离合器脱开：

电磁空气分配阀断电后，气缸与大气相通。在制动弹簧的作用下，气缸左行，离合器松开，制动器接合。制动摩擦片对从动部分作用足够的制动力矩，使之停止转动。圆盘摩擦片：

可以有单片或多片形式。所用的材料多为铜基粉末冶金零件。

由于离合器摩擦片和制动器摩擦片的磨损，将使摩擦面之间的间隙增大，活塞的行程增加，此时可通过调整调节垫片的厚度来调整间隙。2）浮动镶块式摩擦离合器—制动器结构组成：

主动部分——飞轮、主动盘、气缸、活塞、推杆；从动部分——传动轴、保持盘、摩擦块；图2-29浮动镶块式摩擦离合器—制动器1.11、摩擦块2.26、主动盘3.18、保持盘4、导气旋转接头5、推杆6、气缸7、活塞8.15、导向杆9、传动轴10.12、制动盘13、弹簧14、盖板16.20、锁紧螺母17、调整螺钉19、调整螺套21.29、双头螺柱22.28、定距套管23.27、调整垫片组24、托架25、飞轮构造关系：

气缸用双头螺柱固定在飞轮上，其间有定距套管和调整垫片组；活塞固定于气缸和飞轮之间的导向杆上，可轴向滑动；推杆与活塞固接，另一端支承在制动盘上。动作过程：

接通电磁空气分配阀，压缩空气进入气缸，推动活塞。

主动盘、推杆和制动盘克服弹簧的阻力右移，放松制动摩擦块，取消对从动部分的制动。

主动盘将摩擦块夹紧，从动部分随飞轮转动。

当气缸排气时，制动弹簧推动制动盘、推杆和活塞左移。

主动盘与摩擦块脱开，切断从动部分与主动部分的联系。

制动盘将摩擦块夹紧，靠摩擦力迫使从动部分停止转动。3、

带式制动器分类：偏心带式制动器；凸轮带式制动器；气动带式制动器。结构组成：制动带；制动轮；松闸器杠杆系统。工作特点：

偏心带式制动器在滑块的整个行程中，对曲轴作用着一个周期变化的制动力矩。这个制动力矩能在一定程度上平衡滑块重量，克服刚性离合器的“超前”现象，其大小可调节。图2-30偏心带式制动器

1、调节螺钉2、锁紧螺母3、星形把手4、机身5、曲轴6、制动轮7、摩擦带8、制动带9、紧边拉板10、制动弹簧11、松边拉板1）偏心带式制动器工作特点：与刚性离合器配合使用。滑块下行时，制动带不完全松开，保持一定的张紧力，防止连杆滑块的“超前”运动。当滑块上行时，制动带完全松开，减少能量的损耗。图2-31凸轮带式制动器

1、制动弹簧2、杠杆3、滚轮4、制动带5、制动轮6、凸轮2）凸轮带式制动器3）气动带式制动器工作特点：结构较复杂，一般和摩擦离合器配合使用。气缸进气时，压缩制动器弹簧，制动带松开；排气时，在制动弹簧的作用下拉紧制动带，产生制动作用。能量损耗小，且可以任意角度制动曲轴。图2-32气动带式制动器3.1.5模具在压力机上的工作过程模具在压力机上的工作过程大致分为：

1）条料送进和定位

2）冲压过程

3）卸料、推件过程

4）取出制件为了从上模中打下工件或废料，压力机的滑块中装有打料装置，在滑块的矩形横向孔中，放有横杆。当滑块回程，横杆与床身上的止动杆相碰时，即可通过上模中的推杆和推件块将工件或废料从上模中推下。调节止动杆的长度，便可控制打料行程。3.1.6曲柄压力机的主要技术参数

压力机的主要技术参数是反映一台压力机的工艺能力，所能加工零件的尺寸范围和生产率等指标，也是模具设计中选择冲压设备、确定模具结构的重要依据。

1、公称压力公称压力是指压力机曲柄旋转到离下止点前某一特定角度αa（称为公称压力角，一般小于300）时，滑块上所容许的最大工作压力。在冲压生产中，必须使冲压工序工艺力—行程曲线不超出压力机的许用压力曲线，如右图所示。

2、滑块行程滑块行程是指滑块从上死点到下死点所经过的距离。对于曲柄压力机，其值即为曲柄半径的两倍。在冲压生产中，应根据模具结构、零件高度尺寸和生产率等因素来选择所需行程的压力机。

3、滑块每分钟行程次数是指滑块每分钟往复的次数。滑块每分钟行程次数的多少，关系到生产率的高低。一般压力机行程次数都是固定的。

4、闭合高度压力机的闭合高度是指滑块在下止点时，滑块底面到工作台上的垫板上平面之间的高度。模具的闭合高度应小于压力机的最大闭合高度（5~10mm）。5、压力机工作台面尺寸压力机工作台面尺寸应大于冲模的最大平面尺寸。一般工作台面尺寸每边应大于模具下模座尺寸50～70mm，以便于安装固定模具用的螺钉和压板。6、漏料孔尺寸当工件或废料需要下落，或模具底部需要安装弹顶装置时，下落件或弹顶装置的尺寸必须小于工作台中间的漏料孔尺寸。7、模柄孔尺寸滑块内安装模柄用孔的直径和模柄直径应一致，模柄的高度应小于模柄孔的深度。8、立柱间距和喉深立柱间距是指双柱式压力机立柱内侧面之间的距离。喉深是开式压力机特有的参数，它是指滑块中心线至机身的前后方向的距离。9、压力机电动机功率必须保证压力机的电动机功率大于冲压时所需要的功率。公称力KN630公称力行程mm8.5滑块行程mm120行程次数min50最大封闭高度mm360装模高度调节量mm80喉深mm260工作台板前后mm480左右mm710工作台孔尺寸前后mm200左右mm340直径mm250滑块底面前后mm272左右mm320模柄孔尺寸mmφ50x80立柱间距离mm350垫板间距离mm90机身最大可倾角度Degree30主电机型号/Y132M2-6功率KW5.5外型尺寸前后mm1810左右mm1350高度mm2740净重kg4000毛重kg4600JC23-63开式可倾压力机主要技术参数3.2液压压力机

液压机是一种以液体为工作介质，根据帕斯卡原理制成的用于传递能量以实现各种工艺的机器。按结构形式现主要分为:四柱式、单柱式(C型)、卧式、立式框架、万能液压机等。冲压常用四柱液压机，四柱液压机又可分为四柱两梁液压机、四柱三梁液压机、四柱四梁液压机等；按滑块数又可分单动液压机和双动液压机。液压机结构简单，制造成本低，滑块速度调节方便，滑块在行程各点的速度和压力均匀，工作时振动和噪声小，对板料厚度误差和材料性能变化不敏感，没有超载危险。生产效率低，动力消耗大，维修不方便。双动液压机适用于批量小、形状复杂、拉深深度大的零件。3.2.1液压机的主要技术参数1、标称压力2、工作液压力3、最大回程力4、最大顶出力5、其他技术参数(1)滑块距工作台的最大与最小距离(2)最大行程(3)滑块运动速度(4)立柱中心距3.2.2液压机的结构形式1、单动液压机2、双动液压机3.3伺服压力机伺服压力机又名电子压力机、伺服冲床、电子冲床，是在20世纪90年代国际上出现的一种与传统机械压力机完全不同概念的第三代压力机，它是高新技术（信息技术、自动控制、现代电工、新材料）与传统的机械技术的结合，实现了冲压设备的数字控制。3.4数控冲、剪、折机床3.4.1数控转塔压力机数控转塔冲床是数控冲床的主要类别之一，英文名称NumericalControlTurretPunchPress)缩写NCT。3.4.2数控折弯机数控折弯机，英文名称CNCBendingMachine。数控折弯机由床身、液压系统、数控系统、光栅尺、光电编码器等组成。3.4.3数控剪板机3.5冲压生产机械化、自动化装备3.5.1板材开卷、校平、剪切线3.5.1板材开卷、校平、剪切线3.5